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CSPPLAZA光熱發電網訊：據(ju)SolarPACES消息，目前美國麻省理(li)工學院（MIT）提出了一個(ge)非常大規模的長(chang)時間(jian)儲能（long duration energy storage，簡稱LDES）設(she)想——建設(she)一個(ge)長(chang)1公里、寬60米(mi)、有(you)蓋的中(zhong)央儲能容(rong)器，內(nei)置20米(mi)深的巖石(shi)用于儲熱。如(ru)果把(ba)這些巖石(shi)首尾相(xiang)連的話，大約有(you)10個(ge)足球場那么大。

按照(zhao)設(she)想，儲(chu)(chu)能系統(tong)(tong)作(zuo)為(wei)共享儲(chu)(chu)能區，而光熱(re)(re)電(dian)站則分布在其周圍，通過槽式(shi)或塔式(shi)光熱(re)(re)發電(dian)系統(tong)(tong)的傳(chuan)熱(re)(re)介質（導熱(re)(re)油或熔鹽）來為(wei)中央儲(chu)(chu)能系統(tong)(tong)供(gong)(gong)能，儲(chu)(chu)能系統(tong)(tong)可(ke)以(yi)存儲(chu)(chu)20多個光熱(re)(re)電(dian)站搜(sou)集的能量，以(yi)實現為(wei)電(dian)網提供(gong)(gong)數天的可(ke)調度電(dian)力。

這一概念由麻省理工(gong)學院核(he)工(gong)程系的(de)高級(ji)研(yan)究科學家(jia)查爾斯·福斯伯(bo)格（Charles Forsberg）和他的(de)工(gong)程研(yan)究生阿里·阿爾杰弗里（Ali Aljefri）提出，目前仍處于早期研(yan)究階段。Forsberg認為，該技術(shu)還具備使核(he)電更加可(ke)調度以(yi)更好地(di)適應完全(quan)可(ke)再生電網的(de)應用(yong)潛力。

在2020年度的SolarPACES會議上，Forsberg介紹(shao)了該(gai)設想的總(zong)體思路（詳(xiang)見如下視頻），并將其與(yu)美國亞利桑那州裝機250MW的Solana槽式光(guang)熱電(dian)站的儲存(cun)容(rong)量進行(xing)了比(bi)較，該(gai)發電(dian)廠的儲存(cun)容(rong)量為6小時（容(rong)量為每天1500MWh）。

Charles Forsberg指出(chu)，Solana 1500MWh的(de)儲能容(rong)量與新(xin)設想(xiang)提(ti)出(chu)的(de)100GWh的(de)容(rong)量將(jiang)不是一個量級的(de)，這一新(xin)思路的(de)主(zhu)要應用(yong)潛力(li)將(jiang)在核能利用(yong)以及(ji)大型光熱發(fa)電(dian)園區方面(mian)。比如(ru)，中國擁有豐富的(de)太陽(yang)能資源，但(dan)條件優越的(de)地區往往比較偏僻，需要很長的(de)直流輸電(dian)線(xian)(xian)路，而一條每(mei)天運(yun)行(xing)8-12小時的(de)直流輸電(dian)線(xian)(xian)路是非常昂貴(gui)的(de)，所以這些地方有很大的(de)動(dong)力(li)去考慮(lv)開發(fa)可全天候(hou)穩定輸出(chu)、且靈活(huo)可調的(de)太陽(yang)能發(fa)電(dian)系統。

LDES的更多潛在客戶

Forsberg指出，目前美國能源部可再生能源實(shi)驗室（如NREL和Sandia等）及其核部門正(zheng)在調研LDES技術，這將進一步增加LDES技術走(zou)向商業化的可能性。

Forsberg表示：“對(dui)于該(gai)(gai)技(ji)術來說(shuo)，熱(re)源并非(fei)重點，關(guan)鍵是(shi)我們(men)必須(xu)找到一種可以廉(lian)價(jia)儲(chu)存(cun)能源的方法。而該(gai)(gai)技(ji)術既可以用于核能，又(you)可以跟太陽能結合，這(zhe)(zhe)一點非(fei)常有(you)利(li)。該(gai)(gai)系(xi)統甚至(zhi)可以看作(zuo)是(shi)一個獨立(li)的“卡諾”電池，以熱(re)儲(chu)存(cun)來自電網的電能。這(zhe)(zhe)意味(wei)著你(ni)有(you)三(san)個市場，所以你(ni)的商業化機會大幅上升。

開發(fa)和(he)部(bu)署這(zhe)些(xie)東(dong)西(xi)需要大(da)量實實在(zai)在(zai)的資(zi)金，而且像任何技術一樣，在(zai)走向商業化應用(yong)的道(dao)路上、擴大(da)規模時(shi)不能避免(mian)會出(chu)現各種問題，但如果經濟性(xing)足夠強(qiang)，就(jiu)會產(chan)生經濟驅動力(li)讓人們愿(yuan)意花(hua)錢去解決(jue)這(zhe)些(xie)缺陷。只要基本數據看(kan)起(qi)來足夠好，人們就(jiu)愿(yuan)意通過各種途徑(jing)去解決(jue)問題。”

目標：kWh成本為2-4美元

那么，MIT全新的(de)LDES設想能(neng)達到什么水平呢(ni)？

Aljefri強調，該設(she)想(xiang)目前還(huan)處(chu)于(yu)非常早期的(de)階(jie)(jie)段，仍(reng)然(ran)是(shi)(shi)(shi)一個(ge)想(xiang)法。第一階(jie)(jie)段MIT只是(shi)(shi)(shi)想(xiang)證(zheng)明這(zhe)個(ge)想(xiang)法是(shi)(shi)(shi)可行的(de)。這(zhe)是(shi)(shi)(shi)一種新的(de)大規模存(cun)儲，我們(men)正試圖看看集中存(cun)儲來自多個(ge)太(tai)陽能機組或核電站(zhan)的(de)熱量是(shi)(shi)(shi)否有經濟意義。所(suo)以，首先我們(men)做的(de)只是(shi)(shi)(shi)一個(ge)數值(zhi)模型(xing)，只是(shi)(shi)(shi)為了證(zheng)明這(zhe)個(ge)想(xiang)法是(shi)(shi)(shi)有意義的(de)。

據悉，他們的(de)目標是(shi)要(yao)比現(xian)在的(de)單一光熱(re)電站的(de)儲熱(re)成本低(di)很多，預計每(mei)千瓦時(shi)從30美元(yuan)降到15美元(yuan)（目前蓄(xu)電池(chi)的(de)價(jia)格(ge)在每(mei)千瓦時(shi)幾百美元(yuan)左右）。Forsberg預計，全新LDES技術的(de)資本成本有望(wang)達到2到4美元(yuan)。

按(an)照Forsberg的(de)算(suan)法，光(guang)熱電(dian)站的(de)儲(chu)能(neng)資(zi)(zi)本(ben)成本(ben)是每千瓦時30、25、20美元不(bu)等，但這僅僅是一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)光(guang)熱電(dian)站的(de)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)儲(chu)能(neng)系統和一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)發電(dian)機組的(de)資(zi)(zi)本(ben)成本(ben)。但是，如(ru)果20個(ge)(ge)(ge)槽式(shi)集熱系統（采用(yong)槽式(shi)光(guang)熱發電(dian)技(ji)術）或(huo)(huo)定日鏡場（采用(yong)塔式(shi)式(shi)光(guang)熱發電(dian)技(ji)術）只有一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)電(dian)源(yuan)塊和一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)存儲(chu)系統，那就相當便宜了(le)。同時，這種思路可以(yi)減掉一(yi)(yi)(yi)(yi)半操作人(ren)員(yuan)，因為操作一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)50MW或(huo)(huo)者500MW的(de)蒸汽裝置(zhi)，所需(xu)的(de)操作人(ren)員(yuan)數量是差不(bu)多的(de)。

工作原理

按照設想(xiang)，熱(re)量將被儲存在20米(mi)高(gao)(gao)、50米(mi)或更寬、長達(da)一公里的(de)碎(sui)石中。而在儲能容(rong)器支撐樁的(de)上方是一個氣(qi)密的(de)高(gao)(gao)度隔熱(re)的(de)建筑，整體(ti)結構類似(si)于飛機(ji)吊架(jia)【可參考下圖】。

系統(tong)需要(yao)“充(chong)電”時，來(lai)自光熱電站的傳熱流體會被(bei)噴射到巖石頂(ding)部(bu)并逐步將熱量(liang)傳輸(shu)至巖石底部(bu)，冷卻之后(hou)的傳熱流體則被(bei)收集在底部(bu)的“淺鍋”中，然后(hou)被(bei)送回光熱電站進行再加(jia)熱。

系統(tong)往(wang)外“放電(dian)”時，冷(leng)的傳熱(re)流(liu)體被噴灑在儲(chu)能容(rong)器(qi)頂部，以吸收巖(yan)石中(zhong)的熱(re)量，被加熱(re)的高溫流(liu)體被收集在碎石下的容(rong)器(qi)中(zhong)，然后(hou)被輸(shu)送至動力(li)系統(tong)用(yong)于(yu)發電(dian)。

圖(tu)：工作原理(li)（來自Forsberg MIT）

從上(shang)圖(tu)可(ke)以(yi)(yi)看到，系統的整個(ge)(ge)運行(xing)過程將在一(yi)段(duan)一(yi)段(duan)的子(zi)(zi)(zi)系統中循環(huan)進行(xing)，子(zi)(zi)(zi)系統在每(mei)(mei)一(yi)個(ge)(ge)加熱(re)過程之后都會(hui)有一(yi)個(ge)(ge)冷卻回(hui)收熱(re)量過程。因此，熱(re)量可(ke)以(yi)(yi)連(lian)續地從每(mei)(mei)個(ge)(ge)子(zi)(zi)(zi)系統依(yi)次供應(ying)到電(dian)源塊，但整個(ge)(ge)操(cao)作卻是在一(yi)個(ge)(ge)單獨的容器(qi)中進行(xing)。

據悉，為了將熔鹽或導(dao)熱油(you)(you)運輸1公里至(zhi)儲(chu)能“深坑(keng)”，Forsberg引用了石油(you)(you)行(xing)業在管道中運輸熱油(you)(you)方面的豐富經驗(yan)。

Aljefri指出，在(zai)想法(fa)逐步形成的(de)過程中，許(xu)多(duo)細節也可能(neng)會發生變(bian)化。例如，他認(ren)為還有一(yi)種(zhong)思(si)路(lu)——即光熱(re)電(dian)(dian)站可能(neng)是(shi)一(yi)個完整(zheng)的(de)光熱(re)發電(dian)(dian)系統，有自己(ji)的(de)發電(dian)(dian)機(ji)組單獨(du)發電(dian)(dian)，而只是(shi)共(gong)用(yong)儲能(neng)區(qu)；另一(yi)種(zhong)思(si)路(lu)則(ze)是(shi)上邊提到的(de)多(duo)個光熱(re)電(dian)(dian)站共(gong)用(yong)一(yi)個儲能(neng)區(qu)和發電(dian)(dian)機(ji)組。

Aljefri表示(shi)：“不(bu)同的(de)地區會(hui)有不(bu)同的(de)需求(qiu)。在阿聯酋，我們所處(chu)的(de)氣候炎熱，夏季(ji)、冬季(ji)、夜間和白天的(de)經(jing)濟運行狀況將決定這(zhe)(zhe)里的(de)儲(chu)(chu)能用(yong)途。此外，如(ru)果有大量的(de)光(guang)伏(fu)發(fa)電接入地區電網，那么電網系(xi)統對這(zhe)(zhe)種(zhong)儲(chu)(chu)能系(xi)統的(de)需求(qiu)也(ye)會(hui)變(bian)得不(bu)同，何時儲(chu)(chu)能、儲(chu)(chu)能的(de)來(lai)源(yuan)都要(yao)綜合考(kao)慮經(jing)濟性來(lai)決定。總的(de)來(lai)說，儲(chu)(chu)能系(xi)統的(de)具體設計要(yao)以確(que)保電網更加高(gao)效為目標。”

目前(qian)，Aljefri在(zai)麻(ma)省理工學院研究(jiu)的(de)是一個核反(fan)應堆的(de)儲熱裝(zhuang)置，該(gai)裝(zhuang)置白天用(yong)來儲能(neng)(neng)，天黑后則對外釋(shi)放。但(dan)正如Forsberg所指(zhi)出的(de)，這種長(chang)時熱能(neng)(neng)儲存(cun)技(ji)術(shu)對核能(neng)(neng)和聚(ju)光太陽能(neng)(neng)發電均適用(yong)，甚至可(ke)以用(yong)于儲存(cun)多余的(de)太陽能(neng)(neng)光伏或風電。

附英文原文鏈接：//www.solarpaces.org/100-gwh-of-long-duration-energy-storage-from-mit/